自90年代以來，國家電信部門對通信設備的網(wǎng)絡化管理要求逐步加快,，要求組成通信網(wǎng)絡的各種設備都必須具備智能化和通信的能力,，電源設備也不例外[1]。計算機技術的應用,，使通信電源成為集計算技術,、控制技術、通信技術于一體的高科技產品,，使產品的性能,、功能大大提高，從而可實現(xiàn)系統(tǒng)的自動測試,、自動診斷,、自動控制，實現(xiàn)電源系統(tǒng)的遙信、遙測,、遙控[2],。因此，高頻開關電源也進入了智能化控制階段,。本文設計實現(xiàn)了一種智能高頻開關電源的的監(jiān)控模塊,。
1、高頻開關電源的原理及其特點
智能化高頻開關電源具有高度靈活組合,、自主監(jiān)控的特點,，尤其是在通信領域，因其具有體積小,、噪聲低,、維護方便又可被納入通信系統(tǒng)的計算機監(jiān)控系統(tǒng)等特點，所以運用十分廣泛,。高頻開關電源的電路原理框圖如圖1所示,，它主要由交流配電、整流模塊,、直流配電模塊,、充電模塊、主監(jiān)控模塊及相關電路組成,，其中充電模塊和主監(jiān)控模塊具有內置微處理器,。此高頻開關電源是將220V（或380V）交流電變換成穩(wěn)定可靠的48V或24V直流電給負載（如程控交換機、光端機等）供電,，并給蓄電池組浮充或均衡充電,。當交流電源輸入中斷后，由蓄電池組通過該系統(tǒng)向負載供電,，以保證對負荷連續(xù)不間斷供電,。當交流電源恢復正常后，系統(tǒng)自動對蓄電池組進行均充電,，對蓄電池大量放電后進行電能的快速補充,。
圖1 高頻開關電源組成框圖
該電源有以下特點：
●交流輸入電壓適應范圍寬：三相380±30%（266～494V）,單相220±30%（154～286V）；
●采用有源功率因數(shù)校正技術,，使功率因數(shù)≧0.99,，整機效率高；
●采用PWM邊沿諧振技術,，一方面減少了開關器件在高頻開關過程中的功率損耗,，提高了整機效率，使整機效率高達90%以上,，另一方面減少了電磁干擾,，可將電源系統(tǒng)安裝在程控機房內；
●系統(tǒng)采用微機控制、漢字顯示,、鍵盤操作,，便于掌握使用，極大地方便了用戶,。
2,、智能化高頻開關電源主監(jiān)控模塊構成
由于要求這種電源系統(tǒng)具有極高的可靠性，因此能否有效地對它的運行工況進行監(jiān)視和控制就非常重要,。系統(tǒng)主監(jiān)控模塊作為一個獨立的模塊,，可以監(jiān)控整個電源系統(tǒng)各單元的運行狀況，具有對系統(tǒng)的運行參數(shù)進行采集,、顯示及設置的功能。它也可以與外部計算機（一般用PC機即可）進行接口通信,，構成本地或遠程集中監(jiān)控系統(tǒng),。當與外部計算機接口通信時，主監(jiān)控模塊稱為下位機,，外部計算機稱為上位機,。因此，主監(jiān)控模塊還要能不斷接受上位機送來的命令,，并根據(jù)命令對電源系統(tǒng)進行操作或將電源系統(tǒng)各單元的運行狀態(tài)及參數(shù)反送給上位機,，控制各模塊的投入和退出，完成人機對話,，實現(xiàn)與外部計算機或遠端主機的通信,。
2.1 監(jiān)控模塊的工作原理及組成
圖2為主監(jiān)控模塊的組成框圖[4]。系統(tǒng)主監(jiān)控模塊作為一個獨立的模塊,，可監(jiān)控整個電源系統(tǒng)的工作狀態(tài),，控制各模塊的投入和退出，完成人機對話,。模塊由AT89C52單片機,、交直流配電參數(shù)采集單元、顯示與操作單元及串行口通信單元組成,。監(jiān)控模塊與整流模塊通過RS-485串行通信交換信息,，這樣可使監(jiān)控模塊的硬件設計不受所監(jiān)控的整流模塊數(shù)限制，使得系統(tǒng)內電源模塊數(shù)目可任意擴充,。與上位計算機也采用串行通信方式,，串行口通過8250芯片擴展而成，對于本地集中監(jiān)控,，可使用RS-485串行口,，對于遠地監(jiān)控，可使用RS-232串行口，并通過調制解調器（MODEM）及電話線路進行通信,。系統(tǒng)采用大屏幕LCD和鍵盤實現(xiàn)本地的人機交互操作,。主監(jiān)控模塊檢測直流母線電壓、電流,，當電壓或電流大于上限設定值時,，便命令整流模塊降壓限流，并根據(jù)各整流模塊的工作情況,，決定每個模塊的退出和投入,，從而使整個電源系統(tǒng)工作在穩(wěn)定的狀態(tài)下。此外,，主監(jiān)控系統(tǒng)還對電網(wǎng)電壓的波動進行檢測,，同時發(fā)出報警信號，并記錄故障信息,。
圖2 監(jiān)控系統(tǒng)組成框圖
交流檢測單元主要由三相交流電壓檢測板,、三相顯示板等組成。三相交流電壓檢測板安裝在機柜內上部交流配電部位,。其功能是將隔離后的市電信號送控制器,，由控制器對市電參數(shù)進行檢測，判斷輸入的交流電是否“超限”或“缺相”,，當“超限”或“缺相”時,，由控制器發(fā)出告警。轉接單元將控制器發(fā)出的控制整流器輸出電壓高低的頻率信號送各整流器,，將檢測到的各整流器的信號送控制器,。這些信號包括：控制整流器輸出電壓高低的頻率信號、均流總線的電壓信號,、各整流器的電流信號,、整流器的告警信號。直流檢測單元主要包括電池電流檢測板和電池保護板,。檢測負載分路直流斷路器是否斷開,，檢測電池分路熔斷器是否斷開，檢測電池分路電流并送控制器,?？刂破鲗⒔涣鳈z測單元、轉接單元,、直流檢測單元送來的信號進行檢測,、顯示、告警,；控制整流器的工作狀態(tài),。通過鍵盤實施狀態(tài)查詢,、系統(tǒng)操作、參數(shù)設置,。
2.2 控制器的主要功能
檢測：系統(tǒng)交流供電,、電池狀態(tài)、整流器狀態(tài),、電池電流,、主分路電流及故障內容；
控制：系統(tǒng)開機/關機,、均充開/關,、整流器開機/關機、電池試驗開/關,；
參數(shù)設置：系統(tǒng)參數(shù)設置,，整流器柜數(shù)；
電池參數(shù)：均充電壓,、浮充電壓,、過壓值、欠壓值,、充電限流值,、轉換電流等,；
監(jiān)控參數(shù)：設備編號,、通訊接口、撥號方式,、電話號碼及故障回報開/關等,；
通信：通過接口實現(xiàn)三遙，通過故障接口將系統(tǒng)告警信號輸出至系統(tǒng)故障監(jiān)視器,。
3,、監(jiān)控系統(tǒng)軟件實現(xiàn)
3.1 實現(xiàn)的功能
本系統(tǒng)采用集中管理、獨立控制的模式,，各模塊的單片機都有自己獨立的控制程序及與監(jiān)控模塊的通信程序,。當個別模塊出現(xiàn)故障時，不會影響整機運行,。主監(jiān)控模塊軟件采用模塊化結構設計,，各種功能都由相應的中斷子程序完成。監(jiān)控模塊的軟件主要完成以下功能：
（1） 接收各模塊發(fā)送的數(shù)據(jù),；
（2） 向各模塊發(fā)送控制命令,；
（3） 人機交互接口。
監(jiān)控模塊中的主控單片機為主機,，整流模塊的單片機為從機,，相互間采用N,、8、1 的10
位異步通信格式,，波特率為4800B,。從機發(fā)向主機的數(shù)據(jù)需在主機發(fā)出允許命令后才可發(fā)出，即被地址碼選中的模塊,，才有權向監(jiān)控模塊發(fā)出數(shù)據(jù),。
3.2 主監(jiān)控程序
主監(jiān)控軟件采用模塊化結構設計、各種功能都由相應的中斷子程序完成,。圖3所示為主程序流程圖,。系統(tǒng)的初始化包括MCU內部控制寄存器的初始化，寄存器區(qū)及數(shù)據(jù)區(qū)的初始化等,。自檢包括RAM自檢及控制系統(tǒng)各傳感器自檢,。自檢通過后，開放中斷及PTS,，并調用顯示初始化子程序,。顯示系統(tǒng)主菜單可用鍵盤選擇各子菜單，包括運行參數(shù)菜單,、狀態(tài)菜單,、故障記錄菜單及參數(shù)設置菜單等。為確保運行安全,，參數(shù)設置菜單僅供授權的管理維護人員使用,，需輸入密碼才可進行操作。
圖3 主程序
本監(jiān)控系統(tǒng)采用8×4漢字顯示,，考慮到監(jiān)控的參數(shù)眾多,，一屏無法全部顯示，故采用菜單式操作方法,，即選擇顯示屏顯示的菜單信息,，在告警模塊面板的鍵盤按下合適的功能按鍵，系統(tǒng)的微處理器根據(jù)按鍵送來的信息作出反應,，實現(xiàn)相應的功能,。故按鍵有數(shù)字鍵及功能鍵。程序采用樹狀分支結構,，如圖4鍵盤程序流程圖所示,。
圖4 鍵盤程序流程圖
監(jiān)控軟件的核心部分是串口接收中斷子程序。該子程序要完成串口通信,、數(shù)據(jù)接收與校驗,、格式轉換、存取,、控制等,。
由于監(jiān)控的數(shù)據(jù)量較大,，對每類數(shù)據(jù)都要有固定格式，采取檢錯重發(fā)機制,，保證數(shù)據(jù)的正確性,。數(shù)據(jù)處理子程序主要是完成A/D轉換，數(shù)據(jù)比較判斷,，數(shù)字信號輸出反饋控制,、清中斷等。圖5是串口接收中斷子程序流圖,。
圖5 串口接收中斷子程序流程圖
4,、系統(tǒng)抗干擾措施
監(jiān)控模塊的性能直接影響整個開關電源的工作，如果抗干擾措施設計考慮不全,，一旦干擾竄入監(jiān)控模塊,，引發(fā)誤測、誤報,，會導致整個系統(tǒng)癱瘓,。本系統(tǒng)在設計中采取了硬件抗干擾和軟件抗干擾相結合的辦法。
4.1 硬件抗干擾措施
為了提高模擬量的輸入阻抗,，減少損耗,，在進行A/D轉換前加入一級電壓跟隨器，將檢測的信號電壓轉換成電流后,，再并一電阻恢復成電壓信號,，使用高精度的12位雙積分A/D轉換器ICL7109。為消除數(shù)字量的雜波干擾,，電路中加入10uF的濾波電容組,。整個系統(tǒng)在完成與計算機的串口通信時,，采用6N136進行隔離,。采用MAX706組成的看門狗電路，提高MCU的抗干擾措施,。
4.2 軟件抗干擾措施
主要采用數(shù)字濾波和數(shù)字調零技術,，消除開關電路、A/D轉換電路的偏差,，對信號進行平滑處理,，消除減少干擾。對各類數(shù)據(jù)規(guī)定格式,，采取校驗,、檢錯重發(fā)機制，提高可靠性,。大量采用冗余指令,，提高軟件執(zhí)行的可靠性,。
5、結束語
智能高頻開關電源與電池配接后組成不間斷供電系統(tǒng),，可廣泛用于郵電通信,、水利電力、公安,、鐵路,、計算中心等需要大功率直流電源的場所。采用本文監(jiān)控模塊的開關電源,，通過運行試驗,，能實現(xiàn)“三遙”等功能，維護方便,，可靠性高,，工作正常，各項指標均能滿足要求,。